类星体宽吸收线外流研究

摘要

著名的MBH-σ（黑洞质量与星系核球速度弥散）关系暗示着星系中心超大质量黑洞(Supper-Massive Black Hole，SMBH)的增长和星系的演化是紧密关联的。活动星系核(active galactic nuclei，AGN)外流将质量，角动量以及能量从星系核区携带至寄主星系中，因而一直被认为在SMBH与寄主星系共同演化中扮演着重要的角色。由于外流成分的复杂性和受观测能力所限，使得目前对外流的物理性质以及其对星系演化的具体影响了解甚少。 外流的尺度是理解外流起源以及衡量外流对星系环境影响的关键参数之一。二十多年来，只有大约数十个AGN外流的距离被密度依赖的离子激发态吸收线（如SⅣ*，FeⅡ*等）所测量。而且这一方法只能适用于相对窄的没有自混合的吸收线，对于典型的宽吸收线(Broad Absorption Line，BAL)外流则无能为力。 本人攻读博士学位期间首先利用SDSS巡天的大样本数据，理解BAL光变的主导机制。然后在此基础上发展新的方法在统计意义上确定外流的距离以及功率，从而判断外流影响星系演化的能力。同时还针对一些非常特殊的一类外流，提出简单的几何模型来限制这类外流的尺度。另外，本人博士研究生期间还利用AGN电离区的形态来检验AGN统一模型。 首先，我们对选自SDSS DR12的2005个源CⅣBAL光变情况进行了统计分析。根据CⅣBAL光变与连续谱的变化关系，将CⅣBAL分为两类:连续谱变亮（变暗）时，吸收线变浅（深），记为T1;相反的情况记为T2。我们发现T2的SiⅣ与CⅣBAL等值宽度的比率(REW)显著地高于T1。这个结果与光致电离模型预言一致:当存在（不存在）电离前沿时，C+3柱密度随着电离连续谱增强而增加（减小）;与此同时，REW一直随着电离连续谱增强而增加。我们的结果表明至少80％的BAL光变是由电离连续谱的变化引起的。我们证明了在大样本下，BAL光变是由电离连续谱的改变主导的，并给出电离连续谱的改变主导BAL光变的比例下限。 然后，在确定BAL光变由电离连续谱变化主导的情况下，首次提出利用BAL光变探测率曲线推导外流气体复合时标分布的方法，给出了SDSS DR14大样本中915个BAL外流的物理性质分布。样本中，外流气体复合时标分布（高斯）的平均值和标准偏差为trec=100.36±1.01天。外流气体的距离分布为R=101.4±0.5(pc)。这表明典型的BAL外流气体的尺度为10pc量级，远远超出吸积盘风理论中盘风产生的位置(0.01～0.1pc)，但比用激发态的线测出的距离要小。我们还推断出外流的典型质量损失率的数十个M☉yr-1。外流的质量损失率大约为数倍个吸积率。外流的动力学光度与AGN热光度的比率Ek/Lbol典型值约为百分之几，这意味着外流有足够的能量对寄主星系的演化产生影响。 其次，我们利用SDSS数据库搜寻出58个吸收坑很深同时很宽的NⅤBAL，并在其中的3个源中发现线宽约为2000km s-1的Lyα发射线。假设从吸收坑底泄露的发射线来源于未被宽吸收线外流区遮挡的维里化的发射线区，结合黑洞质量估计得这三个源的外流尺度大约在3-26pc范围内。这三个源中外流的尺度与用光变的方法得到的结论一致。这个方法可以作为对其它测外流方法的补充。 最后，我们利用AGN电离区的形态检验AGN统一模型。在统一模型中，尘埃环决定了电离锥的方向和张角。因此，窄发射线区(narrow-line region，NLR)的形态提供了一个很好的机会去估算尘埃环的张角以及检验AGN统一模型。我们测量了来自MaNGA IFU数据的308个Ⅱ型AGN（z=0-0.14，Lbol～1042.4-44.1erg s-1）的NLR形态。基于NLR的IFU点阵图，我们发现大约80％的NLR呈现出明显的双锥形态。这些电离锥的张角分布的平均值约85-98°，标准偏差约39-44°。据此，我们估算出Ⅰ型和Ⅱ型AGN的比例约为1∶1.6-2.3，这与其它低光度AGN测出的比例是一致的。联合WISE中红外数据，我们发现中红外颜色越红的（有效温度越低），对应NLR的双锥特征越强。这与统一模型的预言是一致的。同时，我们还发现NLR的极向与寄主星系的半长轴有着很强的关联，NLR的锥形特征强度与星系的倾角也有很强的关联。这些结果表明，不论是pc尺度的尘埃环，还是星系尺度(＞kpc)的遮蔽物都影响我们观测到的电离区形态。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1 活动星系核和类星体概述

1．1．1 AGN分类及统一模型

1．1．2 AGN反馈

1．2宽吸收线类星体

1．2．1 宽吸收线类星体的证认

1．2．2宽吸收线类星体的起源

1．2．3类星体宽吸收线光变

1．2．4宽吸线光变-外流的探针

1．3 AGN外流研究现状

1．4我们的工作

第2章宽吸收线光变机制分析

2．1 BALQSO光变样本

2．1．1光谱流量改正

2．1．2用无BAL吸收线的光谱模板拟合BAL光谱

2．1．3 BAL光变区域证认

2．2吸收线气体电离状态的指针

2．3高电离(T1)和低电离(T2)的R分布比较

2．3．3整个样本下T1和T2的R分布

2．3．4估算光致电离驱动BAL光变所占的比例

2．4吸收线气体的复合时标

2．5小结

第3章BAL外流物理性质的统计研究

3．1 BALQSO样木

3．2 CIV BAL的拟合

3．3 BAL吸收坑以及BAL光变在不同速度区间的统计

3．4利用探测率曲线推导复合时标

3．4．1 气体电离状态对电离连续谱变化的响应

3．4．2探测率曲线与复合时标

3．4．3吸收线气体电子密度分布

3．5 AGN能谱以及金属丰度的选择

3．6 BAL外流物理性质统计

3．6．1 吸收线外流到中心源距离分布

3．6．2吸收线外流的质量损失率分布

3．6．3吸收线外流的动力学光度分布

3．7模拟检验

3．8小结

第4章泄露的Lya发射线：吸收线外流尺度的指针

4．1 宽吸收线区对宽发射线区的未完全覆盖

4．2样本选择

4．3光谱分析

4．3．1 红移改正

4．3．2 J111748+392746和J114013+624156 BAL中的窄吸收线

4．3．3 用CIV残余成分拟合NV BAL

4．3．4 Lya发射线宽度

4．4宽吸收线区的尺度估算

4．5 Lya其它可能的起源讨论

4．6小结

第5章利用窄发射线区形态检验AGN统一模型

5．1 引言

5．2数据收集

5．2．1 MaNGA AGN以及窄线区点阵图

5．2．2 WISE中红外颜色

5．2．3 SDSS中寄主星系形态

5．3 NLR形态测量

5．3．1 电离双锥的证认

5．3．2电离锥的张角

5．3．3凝聚度C

5．4结果

5．4．1 本征的电离锥张角

5．4．2 NLR形态与尘埃环中红外颜色的关联

5．4．3 NLR与寄主星系的关联

5．5小结

第6章总结与展望

6．1 总结

6．2展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果